Oxidani

Catió H₃O⁺

L'oxidani o oxoni, antigament anomenat hidroni, és el catió derivat de la coordinació d'un protó, , sobre l'oxigen de l'aigua, , la qual fórmula és . Existeix en les solucions aquoses dels àcids, fortament associat amb altres molècules d'aigua; la vida mitjana d'un ió individual és de 10–13 s. Té una estructura molecular de piràmide triangular aplanada, amb un angle de 115°. El nom oxoni és emprat com a base per als seus productes de substitució.

Infotaula de compost químicOxidani
Substància químicatipus d'entitat química Modifica el valor a Wikidata
Massa molecular19,01839 Da Modifica el valor a Wikidata
Estructura química
Fórmula químicaH₃O⁺ Modifica el valor a Wikidata
SMILES canònic
Model 2D
[OH3+] Modifica el valor a Wikidata
Identificador InChIModel 3D Modifica el valor a Wikidata
Propietat
PKa0 Modifica el valor a Wikidata

Nomenclatura

modifica
 
Representació molecular de l'ió oxidani

D'acord amb la nomenclatura de les regles del 2005 de la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC), aquest catió s'anomena oxidani si s'empra la nomenclatura de substitució, i oxoni amb la nomenclatura de composició o estequiomètrica. L'antic nom hidroni no és actualment acceptat per la IUPAC.[1]

Estructura

modifica

L'estructura de l'oxidani és de piràmide trigonal, disposant-se cadascun dels quatre àtoms en els vèrtexs. Les mesures en fase gas indiquen que la longitud dels enllaços O-H són de 0,961 Å, i l'angle H-O-H és de 114,7°; n dissolució els valors són diferents, la longitud O-H és de 1,002 Å i l'angle H-O-H 106,7°. Pertany al grup de simetria C3v. H₃O+ té un radi iònic de 0,100 nm, sensiblement inferior al radi molecular de l'aigua, H₂O, (0,138 nm). El seu volum molar és de –5,4 cm³ mol-1.[2]

L'estructura pot sofrir inversions, de la mateixa manera que un paraigua amb el vent, amb una energia d'activació inferior a la d'un enllaç d'hidrogen i això pot passar com a alternativa, o fins i tot preferida, a la rotació dins d'un clúster dinàmic d'unió d'hidrogen. Tots els ions d'hidrogen es formen a partir d'un "nucli" H₃O+. No són estructures fixes en dissolució aquosa, sinó que existeixen com a cúmuls "parpellejants", com en altres raïms d'aigua, amb molècules d'aigua que uneixen hidrogen contínuament. Les vides de les agrupacions són independents de la vida dels enllaços individuals. No obstant això, les diferències energètiques entre els diferents tipus del clúster en la solució aquosa són petites i les interconversions tenen lloc fàcilment.[2]

Àcids i acidesa

modifica

L'oxidani és el catió que es forma en l'aigua en presència de cations d'hidrogen  . Aquests cations no es presenten lliurement; són extremadament reactius i són solvatats immediatament per les molècules d'aigua circumdants. Generalment s'anomena àcid a qualsevol compost que sigui font d'aquests cations; però com l'aigua és amfòtera, l'oxidani es presenta fins i tot en aigua pura on la seva concentració és de CH+ = 10–7 M.

L'oxidani és molt àcid; a 25 °C, el seu pKa = –1,7. L'acidesa de l'oxidani és l'estàndard implícit a l'hora de mesura l'acidesa d'altres espècies químiques.

El pH d'una dissolució és la mesura de la concentració dels protons; com que els protons reaccionen amb l'aigua per donar ions oxidani, es pot considerar el pH com la concentració d'aquesta última espècie química.

Derivats

modifica

Els seus derivats s'anomenen oxonis.[3] Exemples de derivats:

  • metiloxoni:  o  
  • etiloxoni:  o  
  • trimetiloxoni:  o  

Les sals d'alquiloxoni es fan servir com agents alquilatants.[4] També es fan servir per preparar èters enol i grups funcionals relacionats.[5][6]

 
 
 
 
model general piramidal dels
ions oxoni
fórmula esquelètica del
catió de trimetiloxoni
model de bolles i enllaços
del trimetiloxoni
model de bolles
del trimetiloxoni

Bibliografia

modifica
  • Wicke, E.; Eigen, M. & Ackermann, Th. (1954) Über den Zustand des Protons (Hydroniumions) in wäßriger Lösung. Z. Phys. Chem., 1, 340-364.
  • Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Hutter, J. & Parrinello, M. (1999) The nature of the hydrated excess proton in water. Nature, 397, 601-604.
  • Zavitsas, A. A. (2001) Properties of water solutions of electrolytes and nonelectrolytes. J. Phys. Chem. B, 105, 7805-7815.
  • Hulthe, G.; Stenhagen, G.; Wennerström, O. & C-H. Ottosson, C-H. (1997) Water cluster studied by electrospray mass spectrometry, J. Chromatogr. A, 512, 155-165.
  • Zundel, G. & Metzger, H. (1968) Energiebänder der tunnelnden Übershuß-Protenon in flüssigen Säuren. Eine IR-spektroskopische Untersuchung der Natur der Gruppierungen H₅O₂+ Z. Phys. Chem., 58, 225-245.

Referències

modifica
  1. Chemistry, International Union of Pure and Applied. Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC recommendations 2005 (en anglès). Royal Society of Chemistry, 2005. ISBN 9780854044382. 
  2. 2,0 2,1 martin.chaplin@btinternet.com, martin chaplin:. «Hydrogen ions». Arxivat de l'original el 2018-01-13. [Consulta: 12 gener 2018].
  3. International Union of Pure and Applied Chemistry. «IUPAC Gold Book - oxonium ions» (en anglès). DOI: 10.1351/goldbook.O04378. [Consulta: 12 gener 2018].
  4. Douglas J. Raber, Patrick Gariano, Jr, Albert O. Brod, Anne L. Gariano, And Wayne C. Guida "Esterification Of Carboxylic Acids With Trialkyloxonium Salts: Ethyl And Methyl 4-acetoxybenzoates" Org. Synth. 1977, volume 56, 59.doi:10.15227/orgsyn.056.0059
  5. Justin R. Struble And Jeffrey W. Bode "Synthesis Of A N-mesityl Substituted Aminoindanol-derived Triazolium Salt" Org. Synth. 2010, volume 87, 362 doi:10.15227/orgsyn.087.0362
  6. Lous S. Hegedus, Michael A. Mcguire, And Lisa M. Schultze "1,3-Dimethyl-3-methoxy-4-phenylazetidinone" Org. Synth. 1987, volume 65, 140.doi:10.15227/orgsyn.065.0140